電化學-熱耦合仿真的案例
基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析 ￥3000
</p><p>2） 正負極活性材料顆粒表面發生的電化學反應過程</p><p>與假設中一致，該過程采用Bulter—Volmer方程描述，該方程是局部電流密度與交換電流密度和過電勢之間的關系，其中，交換電流密度與固相鋰離子濃度，液相鋰離子濃度和電化學反應速率常數有關。注意：該過程非常重要，是連接電解液與電極活性材料之間的橋梁，僅發生在電解液與電極活性材料顆粒的界面（顆粒表面）上。</p><p>3） 電解質中鋰離子的傳質過程（包括擴散與遷移）</p><p>該過程不考慮對流傳質的情況，利用Nernst—Planck方程描述，擴散過程與濃度梯度與液相擴散系數有關，遷移過程則與液相電勢分布和濃度分布。</p><p>模型中遵從兩個守恒：電流守恒與物料守恒。</p><p>電流守恒是指總電流時時刻刻等于固相電流與液相電流之和，物料守恒則是指發生變化前后物質的總量不發生變化。</p><p>在有了上述基于電化學理論的P2D模型以后，我們就可以采用數值方法對以上過程進行求解。COMSOL</p><p>Multiphysics是一種多物理場耦合軟件，通過有限元法對問題進行求解。
展開 基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析 ￥2500
</p><p>2） 正負極活性材料顆粒表面發生的電化學反應過程</p><p>與假設中一致，該過程采用Bulter—Volmer方程描述，該方程是局部電流密度與交換電流密度和過電勢之間的關系，其中，交換電流密度與固相鋰離子濃度，液相鋰離子濃度和電化學反應速率常數有關。注意：該過程非常重要，是連接電解液與電極活性材料之間的橋梁，僅發生在電解液與電極活性材料顆粒的界面（顆粒表面）上。</p><p>3） 電解質中鋰離子的傳質過程（包括擴散與遷移）</p><p>該過程不考慮對流傳質的情況，利用Nernst—Planck方程描述，擴散過程與濃度梯度與液相擴散系數有關，遷移過程則與液相電勢分布和濃度分布。</p><p>模型中遵從兩個守恒：電流守恒與物料守恒。</p><p>電流守恒是指總電流時時刻刻等于固相電流與液相電流之和，物料守恒則是指發生變化前后物質的總量不發生變化。</p><p>在有了上述基于電化學理論的P2D模型以后，我們就可以采用數值方法對以上過程進行求解。COMSOL</p><p>Multiphysics是一種多物理場耦合軟件，通過有限元法對問題進行求解。
展開 LS-DYNA中鋰電池的電化學-熱-結構耦合擠壓、針刺模型
小結
LS-DYNA R14版本更新了三個不同的電化學鋰電池模型， Newman型模型（6方程模型），熱模型（10方程模型）和多物理場模型（14方程模型）。同時對所有模型采用了修正的BV動力學方程以建立高速充放電仿真。熱模型和多物理場模型，還包含了電池老化模型、SEI的形成和分解的反應、熱失控模型以及電池膨脹模型。對于多物理場模型，LS-DYNA還實現了基于氧化和鋰水化反應機制的氣體生成模型，該模型主要應用于性能測試、過充測試和新型鋰電池設計等領域。
LS-DYNA還支持將三種電池求解器中的任何一種與熱以及結構求解器進行耦合。LS-DYNA中電化學模型同時支持SMP和MPP并行計算，可用于電池濫用測試，也可用于各種耦合問題。通過仿真，能夠建立電池系統的最小點火能量模型。基于該模型，可以在車輛的儀表板上安裝一個警告信息系統，當電池系統的狀態達到失控臨界條件時發出警告，從而使車內人員可以在電池發生熱失控之前安全逃離。
關于未來的發展方向，我認為我們必須結合基于大數據的AI或機器學習技術。首先基于電芯級的分析，我們可以構建用于參考的大數據，所有狀態變量都可以保存為隨時間變化的充放電情況的函數。然后通過模組級別的分析將這些狀態數據與機械外力關聯起來，最后運用在一個動力電池包的碰撞測試中。我認為這將是邁向AI或機器學習方法的第一步。
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文章來源：2022 第五屆LS-DYNA技術論壇
視頻鏈接：LS-DYNA中鋰電池的電化學-熱-結構耦合擠壓、針刺模型
技術校對：董驍， Ansys高級應用工程師；整理編輯：俞琴
展開 鋰電池全三維電化學-熱偶合仿真 ￥600
針對NCM811和磷酸鐵鋰鋰離子電池，在COMSOL Multiphysics多物理場仿真軟件中搭建了全三維電化學-熱耦合模型，分析了鋰離子電池工作過程中的電極電位分布、電流密度分布和溫度場分布特性。結果表明，通過建立的全三維電化學-熱耦合模型可以得到電池局部電位分布和電流密度分布等傳統實驗方法難以獲得的結果；在鋰離子電池恒流放電過程中，單電極對內部存在明顯的溫度梯度，特別是在極耳和極板的過渡區，電池溫度梯度變化最大；放電過程中電池不同位置的溫升速率并不相同，放電前期，極耳區域溫升速率最大，遠離極耳的電池底部區域溫升速率相對較小，但是，放電后期有增大趨勢。
展開 
COMSOL電化學耦合案例天花板！
隔離膜中的聚合物骨架不導電子，電化學反應只發生在固體活性物顆粒與電解液交界面處，其反應方程式為：
陽極：LixC6? Li0C6+ xLi++ xe-
陰極：Liy - xFe POC4+ xLi++ xe-? Fi0PO4
1、電化學模型
基于 Newman 的多孔性電極理論的電化學模型，其中描述正負電極顆粒表面電化學反應過程的Buter-Volmer方程為：
j0為交換電流密度，單位為 A·cm-2；η 是局部過電位，單位為 V；αc和 αa是正負電極電化學反應轉移系數，取 0.5；F 為法拉第常數，數值為96485 C·mol-1；R 為理想氣體常數，數值為 8.314 J·mol-1· K-1。
交換電流密度表達式為：
k0為反應速率常數；cs,max為材料最大固相鋰離子濃度；cs,surf為電極和電解液界面處鋰離子濃度。
展開 基于comsol的鋰電池組電化學耦合風冷相變分析 ￥2500
</strong></a></p><p><strong> </strong><a href="https://www.yqgqt.org.cn/content/post/548512" rel="noopener noreferrer" target="_blank"><strong>基于comsol的鋰電池組電化學耦合風冷相變分析</strong></a></p><p><strong> </strong><a href="https://www.yqgqt.org.cn/content/post/543918" rel="noopener noreferrer" target="_blank"><strong>基于comsol的18650鋰電池電化學仿真</strong></a></p><p><strong> </strong><a href="https://www.yqgqt.org.cn/content
展開 仿真助力優化銅電化學沉積工藝
這些導線可以利用電沉積工藝進行印制，因為這項工藝能夠通過電化學反應改變器件表面。為了提高面向電路板制造的電沉積技術，工程師可以借助數值建模。
利用電沉積制造印刷電路板
簡而言之，電沉積是一種使用其他材料給基底上涂層的電化學過程。這種工藝兼具裝飾功能和實用功能，可用于各種不同領域，如電子、采礦和納米技術。電鍍屬于電沉積的一種，主要用途是電路板制造。
PCB 通常由一層或多層銅制成，這些銅沉積在非導電基底之上或之間。銅層被分割成導線或在 PCB 中傳輸信號的走線。在印制這些圖形線路時，工程師會將銅電鍍到電路板上的微腔中。
PCB 實例。圖片來自 AB Open。在 CC BY 2.0 許可下使用，通過 Flickr Creative Commons 分享。
利用電鍍工藝制造 PCB 需要克服許多難題。舉例來說，如果 PCB 表面的鍍銅速率發生變化，可能會導致性能問題甚至是設備故障。為了找到并消除電鍍過程中的問題，工程師可以使用 COMSOL Multiphysics? 軟件和附加的“電鍍模塊”。
分析電路板溝槽中銅的電化學沉積過程
本文的示例模擬了帶細小溝槽或微腔的電路板上的銅電化學沉積過程。在恒電位控制下的實驗室電池充當了電鍍電池，陽極與陰極相互靠近。沉積發生后，陰極和陽極的邊界開始移動，因此仿真本質上依賴于時間。另外，陰極表面的鍍銅沉積速率是不均勻的。
此模型是電沉積的基準模型，它充分說明了 COMSOL? 軟件在求解涉及變形幾何的電化學問題方面的強大能力。此例使用變形幾何分析了電鍍過程及空腔對電鍍結果的影響。通過使用變形幾何，工程師能夠研究在電鍍過程中陰極邊界的生長過程。
銅沉積的幾何模型。垂直的壁表示主電極的圖案，壁為絕緣體。
展開 電化學儲能電站模型實測及仿真分析
摘 要：為拓寬電化學儲能參與電網 調節應用范圍，充分利用有功、無功調節靈活、響應速度快等優點，建立電網仿真分析應用模型，為電化學儲能參與電網 調峰、調頻、調壓、暫態無功支撐等多場景提供分析依據。開展電化學儲能電站機電仿真模型實測方法研究，基于響應特性匹配的參數辨識方法及現場實測特性，建立湖南省內某儲能站的仿真分析模型，分析電化學儲能在改善湖南電網暫態電壓特性方面的作用，具有一定的工程應用價值。
關鍵詞：儲能電站;機電仿真;現場實測;響應指標;參數辨識;
0 引言
規模化儲能為應對“新型電力系統”架構下，高比例新能源接入帶來的出力間歇性、波動性問題提供了新的解決方案，其中電化學儲能具備良好的四象限有功、無功輸出能力及快速響應特性，在參與電網電力電量平衡之外，還可用于調頻、調壓及暫態無功支撐，為電網優化控制及穩定運行提供豐富的調控手段。因此，電化學儲能技術在客戶側節能、電網側調控等領域已得到廣泛應用，成為目前儲能產業研發創新的重點領域和主要增長點。電化學儲能應用于電網 調度優化控制的前提是需要準確評估接入電網的調節特性，因此對于電化學儲能建模及模型參數實測需求也越來越高。
目前國內外有關電化學儲能電站的建模尚處于起步階段，根據研究問題不同，既有采取簡化等值模型的，也有基于功率轉換系統(power convert system, PCS)進行詳細建模的。但系統性研究儲能電站模型的文獻較少，特別是針對接入大電網分析的機電暫態模型的研究尚未形成體系[1,2,3,4,5]。文獻[6]運用戴維南定理和模擬受控電流源這兩種方法對大容量儲能電站進行等值仿真建模，并在實際系統中對儲能電站接入后的并網運行特性進行研究，發現儲能電站在三相、單相短路故障中表現出的暫態特性與傳統交流系統均有所區別。
展開 直播預告 | Digimat電池電化學仿真分析功能與應用
精彩直播預告
電池是消費電子、新能源汽車等領域的核心動力來源，其性能的基礎設計、評估與優化涉及機械設計、電化學計算等多學科領域。目前，上述研發過程仍高度依賴工程經驗與數據積累，阻礙電池領域研發效率的提升。
為解決業界高效評估電池性能的難題，海克斯康復合材料多尺度分析平臺Digimat提供了電池電化學分析專用集成解決方案。該方案通過專用電池電化學評估模塊，實現Cell級電學性能評估及SOC/C-rate等關鍵參數快速分析，從而為電池組分與結構的優化設計提供依據。
本期直播講堂請到了海克斯康復合材料結構分析專家龔慧靈，在直播間中講師將圍繞Digimat功能框架，以及Digimat-FE在電池電化學分析的新功能等話題，深入講解Digimat電池電化學仿真分析的創新應用。敬請關注！
直播報名
7月30日 14:00
▲ 掃碼參與報名
立即預定
直播內容聚焦
? 參數化、流程化的生成單電池結構的細節RVE模型
? 完成Cell級別電池的宏觀電學性能評估
? 快速實現SOC、C-rate等性能的計算分析
龔慧靈
海克斯康復合材料結構分析專家
負責Digimat的技術支持工作，在復合材料結構分析領域工程經驗豐富，支持及參與的項目涵蓋：復合材料結構失效分析、CFRP結構固化回彈評估、注塑件沖擊失效、NVH分析等。
展開 多軸電化學加工機床內流場仿真 ￥500
<p>本案例基于COMSOL軟件建立了一多軸電化學加工機床，通道內軸為旋轉軸，左側兩根軸是順時針旋轉，右側兩根軸為逆時針旋轉，仿真得到內部流場變化分布結果，如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/bbb81d2a446947989aa31384ed58e0be.gif" alt="Untitled1.gif"></p><p>感興趣的朋友，歡迎交流合作</p><p><br></p>
展開 基于comsol的18650鋰電池電化學仿真 ￥3500
><a href="https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1304825" rel="noopener noreferrer" target="_blank"><strong>基于Comsol 鋰電池電化學擬合的一種方法</strong></a></p><p><strong> </strong><a href="https://www.yqgqt.org.cn/content/post/548512" rel="noopener noreferrer" target="_blank"><strong>基于comsol的鋰電池組電化學耦合風冷相變分析</strong></a></p><p><strong> </strong><a href="https://www.yqgqt.org.cn/content/post/543918" rel="noopener noreferrer" target="_blank"><strong>基于comsol的18650鋰電池電化學仿真</strong></a></p><p><strong>  
展開 
綠色氫能仿真測試解決方案合集 I 電化學、燃料電池、輸氫管道、天然氣、Star-CCM+...
我國氫能產業仍處于成長期，還存在很多亟待解決的問題，如膜電極材料及制備工藝，氫脆現象，系統集成等
氫能源仿真測試系列直播
本次研討會整合西門子綠色氫能行業的仿真測試解決方案，5個專題報告覆蓋
電化學、催化、燃燒反應微觀尺度，PEM膜、
氣體擴散層介觀尺度到電解工廠系統
、
輸氫管道布局
的
宏觀尺度，涉及
Amesim
、
Flomaster
、
STAR-CCM+
等軟件，通過
案例介紹加軟件操作演示
的方式，介紹西門子對上述難題的思考。
一起探索綠氫行業的無限可能！
直播日程表
直播內容
☆第一期 Simcenter氫能仿真解決方案
Simcenter 是西門子為設計研發打打造仿真和測試平臺
直播內容：介紹 Simcenter 在綠氫制備、氫儲運、氫利用環節的仿真解決方案，覆蓋電化學、催化、燃燒反應微觀尺度，PEM膜、氣體擴散層介觀尺度到電解工廠系統、輸氫管道布局的宏觀尺度等應用案例。
展開 設計仿真 | 基于Digimat的電化學模擬解決方案加速新電池設計
圖2.電池性能分析工作流程
總 結
由于材料與電化學設計、機械設計和制造工藝之間的復雜權衡關系，電池的設計和開發面臨著重大挑戰。傳統研究方法只能依賴于嘗試不同的設計方案，需要花費大量的時間和實驗成本。海克斯康聯合弗勞恩霍夫應用研究院（Fraunhofer ITWM），構建電池結構仿真分析的新解決方案，能夠模擬常見鋰離子電池、鋅電池和鈉電池的組成微觀結構、電解質、隔膜、活性材料、粘合劑和集電器的電化學性能，幫助用戶在電池設計過程中更好的理解其中的多物理場相互作用，從而更快地推動新電池的創新。
Digimat 電池電化學仿真分析功能與應用（7月30日直播）
精彩直播預告 下滑提前預約
電池是消費電子、新能源汽車等領域的核心動力來源，其性能的基礎設計、評估與優化涉及機械設計、電化學計算等多學科領域。目前，上述研發過程仍高度依賴工程經驗與數據積累，阻礙電池領域研發效率的提升。
為解決業界高效評估電池性能的難題，海克斯康復合材料多尺度分析平臺Digimat提供了電池電化學分析專用集成解決方案。該方案通過專用電池電化學評估模塊，實現Cell級電學性能評估及SOC/C-rate等關鍵參數快速分析，從而為電池組分與結構的優化設計提供依據。
本期直播講堂請到了海克斯康復合材料結構分析專家龔慧靈，在直播間中講師將圍繞Digimat功能框架，以及Digimat-FE在電池電化學分析的新功能等話題，深入講解Digimat電池電化學仿真分析的創新應用。敬請關注！
直播報名
7月30日 14:00
▲ 掃碼參與報名
立即預定
直播內容聚焦
? 參數化、流程化的生成單電池結構的細節RVE模型
? 完成Cell級別電池的宏觀電學性能評估
? 快速實現SOC、C-rate等性能的計算分析
龔慧靈
海克斯康復合材料結構分析專家
負責Digimat的技術支持工作，在復合材料結構分析領域工程經驗豐富，支持及參與的項目涵蓋：復合材料結構失效分析、CFRP結構固化回彈評估、注塑件沖擊失效、NVH分析等。
●基于Hyperworks和Ls-dyna的電池包擠壓之焊點失效模擬仿真分析（含模型文件、對比分析及相關指導）
●汽車電池熱管理冷卻技術分析（含視頻詳細講解）
展開 ANSYS workbench摩擦盤熱結構耦合動力學 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習摩擦盤的三維模型處理
2、學習摩擦盤熱結構耦合接觸相關的接觸設置
3、學習熱結構耦合動力學分析步的建立
4、學習摩擦盤熱結構耦合接觸分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 摩擦盤熱結構耦合動力學分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
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